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植物开花是有花植物生活中一个极其重要而复杂的事件。很多植物生理学研究表明ABA与植物开花有关,会影响植物的开花时间。而且已有研究证明NCED催化的9-顺-环氧类胡萝卜素的裂解反应是ABA生物合成中的关键步骤。因此通过调控NCED基因的表达改变植物体内ABA含量,研究ABA水平与植物开花时间之间的关系是可行的,并且具有一定的理论意义和应用价值。本文对NCED基因表达、ABA水平、植物开花这三者之间的关系进行了研究,主要结果如下:
1.CmNCED基因的克隆
从板栗叶中克隆了CmNCED基因,全长共有1964bp,ORF长1647bp,编码549个氨基酸,5’UTR和3’UTR分别为62bp和229bp。蛋白质分子量为61.5kD,等电点为6.09。用ChloroP1.1Server在线预测,CmNCED的氨基酸序列与AtNCED1、PvNCED2和PaNCED2相似,N末端无叶绿体转运肽。对比分析显示CmNCED与豌豆PsNCED1和拟南芥AtNCED1的氨基酸序列有很高的同源性,分别为84%和82%;而与LeNCED1和ZmVP14均只有32%的同源性。CmNCED基因中含有其他已知NCED基因所共有的四个氨基酸保守区以及四个保守的组氨酸。
2.植物表达载体的构建及烟草的遗传转化
用限制性内切酶XbaI或XbaI和BamHI分别酶切含有CmNCED和LeNCED1基因的克隆质粒以及双元表达载体pCambia2301-101和pCambia1300-221。T4连接酶进行连接后,转化大肠杆菌,即获得了含有目的基因的植物表达载体。通过酶切分析和DNA测序分析确定目的基因的插入方向。共构建了3个正义和3个反义植物表达载体,它们分别为pCambia2301-101-CmF、pCambia1300-221-CmF、pCambia1300-221-LeF、pCambia2301-101-CmR、pCambia1300-221-CmR和pCambia2301-101-LeR。抽提表达载体的质粒,用冻融法转化根癌农杆菌GV3101,叶盘法转化烟草,便得到相应的转基因植株。
3.转基因植株的检测
抽提转化株的DNA,经特异引物的PCR分析,结果表明NCED基因已经整合到烟草的基因组中。RT-PCR分析表明CmNCED和LeNCED1基因在转录水平获得了表达。用ELISA法对所有转化株的ABA含量进行了测定,结果显示正义转化株的ABA含量没有显著高于对照株,最高的只高于对照25.4%;反义转化株的ABA水平均低于对照株。
4.转基因植株的抗旱试验和表型观察
对CmNCED基因的转化株的抗旱试验表明在相同的土壤水分条件下,正义转化株相对于反义转化株和对照株具有更强的耐旱能力,反义转化株相对于野生型植株其对干旱更敏感。
转化株的表型观察中发现反义转化株101CmR-20和101LeR-1的生长异常,其株高明显矮于野生型植株,而且叶片数、最大叶的叶长和叶宽均小于野生型和其他转化株。综合其他研究结果,提出了关于ABA与植物正常生长的高低两个阈值的观点。
对CmNCED基因转化株的开花情况的统计结果表明不论是正义的还是反义的转化株露出花苞所需的时间均稍短于对照株,正义转化株的表现更为明显,并对此现象进行了讨论。